16水利工程水力设计理论与计算方法
水力设计理论与计算方法 hydraulic theory and computing method,主讲教师：孙东坡教授,概述,我国大中型水利水电工程建设突飞猛进，水力设计理论与计算方法有很大发展。如：枢纽布置，各种复杂过堰水流设计;,各种复杂泄流孔及泄洪洞设计; 溢流坝和岸边溢洪道设计;各种新型消能工，包括挑流消能、底流消能、面流及戽流消能、井式消能等；工程运行期间的原型水力观测及其水力模拟试验。,峡谷河段、宽谷河段枢纽布置的特点和泄洪消能的关系，特低堰的水力特征与选型设计，拱坝大孔口和峡谷高坝的泄洪消能，台阶坝面、宽尾墩、T形墩、水筏道和鱼道等技术的新发展和设计应用经验。,研究河道、航道整治,Nagare Bridge(Floating Bridge),引航道,整治建筑物功效(Photo taken on March 25, 2006),Permeable groin,Impermeable groin,Nagare Bridge,Dainikeihan Bridge,Tower foundation,甬江下游段系感潮河段甬江河道呈微弯蛇曲状，曲折系数1.2，具有蜿蜒型河段的特点。两岸修建大量码头，影响行洪及河道变化,潮汐河流 河口,淤积区,研究桥墩、码头局部冲刷,概述,一、河流模拟定义（definition）通过一定的技术手段，重现河流过程，研究河流变化规律，解决河流工程问题的技术。二、河流模拟作用（function）1.认识河流演变规律、调整机理黄河2.解决河流工程技术问题：工程与生态治河、航运交通黄三、学习目的：工程应用（长江、黄河），理论发展四、主要研究方法（分类）：数模：numerical simulation 物模：scale model,1.物模,以相似理论为工具，制作实体模型模拟河流及工程本身与水流泥沙条件；量测模型各控制点的水力要素与河床变形；按相似理论获取实际原型河流及工程所需水力要素及河床变形，优化工程设计与河流管理。,“水利水运及治河试验厅”长105m，宽40 m，有清浑水两套循环系统，可进行大型河工模型试验。是河南省高校重点实验室培育基地建设项目。,小浪底坝区动床河工模型试验,丰宁抽水蓄能电站下水库水工模型试验,厄瓜多尔C C S水电站尾水洞工程模型试验,伊洛河偃师段二期河道治理工程,尾矿库排水系统及模型,国家自然科学基金重点项目,滦河防洪与生态综合治理研究：河工模型,Q=4000m3/s,研究河道、航道整治,四 典型河段概化,河流与工程的相互影响,总干渠与倒虹吸交叉建筑物,河道治理工程模型全景,伊洛河交汇河段,滦河防洪与生态综合治理模型试验,（迁安段）,VDMS监测滦河数字化流速场,通过物理模型试验和数值模拟研究，研究综合治理对河道大洪水行洪有何影响，治理工程能否满足河道综合治理的要求,VDMS动态监测局部数字化流速场,澜沧江苗尾水电站河道截流模型试验,TIDE-2000非恒定流潮汐控制系统,黄河内蒙河段流量为632m3/s时的打不素险工河势,黄河内蒙河段高含沙支流,黄河内蒙河段高含沙支流,仿生态鱼道模型试验,2.数模,以水流、泥沙运动及河床变形方程为理论基础，选择求解方程的数值计算方法，建立河流数学模型。给定河流及工程边界条件与水流泥沙条件；以计算机为工具；通过数学模型模拟计算河流及工程所需水力要素及河床变形，优化工程设计与河流管理。,河流数值模拟,河流数值模拟黄河下游河道二级悬河研究（东坝头高村）,开封,郑州,东坝头,高村,甬江下游段系感潮河段甬江河道呈微弯蛇曲状，曲折系数1.2，具有蜿蜒型河段的特点。两岸修建大量码头，影响行洪及河道变化,潮汐河流 河口,淤积区,Fig. 9 Comparative Sketch of mainstream line,自然状态，20年一遇全流场洪水流态及河势（Qmax=7594m3/s，3.31m/s V 0.51m/s ）,自然状态，30年一遇全流场流态及河势（Qmax=9280m3/s，3.94m/s V 0.22m/s ）,伊洛河交汇河段,第一章 枢纽布置与综述,峡谷河段枢纽布置和泄洪消能问题几个工程的低弗劳德数消能综述分汊河道中的枢纽布置与水力学关系的研究溢洪道设计的新发展台阶式泄槽溢洪道的水力特性和设计应用宽尾墩联合消能在中低水头工程中的应用T形墩消力池的研究与应用泄水建筑物水流脉动压力分析水利水电枢纽工程水力设计系统,第二章 堰流,溢洪道特低堰水力设计的一些经验低坝淹没泄流能力分析及计算方法探讨薄壁堰流量计算式探讨折线型实用堰过流能力研究大淹没度下低堰泄流能力若干问题迷宫堰的水力特性和设计计算方法迷宫堰泄流能力试验及简易计算方法改进,第三章 孔流及泄洪洞,拱坝泄流孔口型式的试验研究及原型泄流泄水底孔的压坡线性质及压力计算确定压力底孔流量系数的新方法压力输水道平板闸门后最低压力值的确定方法压力输水道平板闸门后最低压力值的计算水电站压力隧洞破裂后闸后压力最低值及管道局部剥蚀的原因分析无压洞的水力特异性,第四章 溢流坝和岸边溢洪道,溢流坝的几个水力学问题溢流坝台阶坝面的水力特性溢洪道掺气减蚀试验研究高速水流反弧段体型研究与应用岸边有闸溢洪道的布置与进口体型岸边式溢洪道体型选择中的几个问题岸边溢洪道的消能与防冲岸边台阶式泄槽溢洪道超蓄引发的水力学问题,第五章 挑流消能,拱坝下游河床和岸坡冲刷溢流坝挑流鼻坎的运行与改建确定最大挑流射程的方法挑流水舌对岩石河床局部冲刷的研究凹曲率完全连续的反弧段体型的研究与应用溢流坝收缩式边墙低尾坎消能新型式研究宽尾墩-挑流联合消能在水电站中的应用拱坝下游冲刷坑动水压力测量的初步分析溢流坝下游冲坑底部动水压力的初步估算浅谈窄缝式消能工在泄水建筑物中的应用宽尾墩在水电站挑流消能中的作用研究,第六章 底流消能,水电站工程短消力池设计低坝趾墩消力池的应用溢流坝T形墩消力池的试验研究宽尾墩-T形墩消力池联合消能在修复工程中的作用探讨低坝工程底、面流混合消能工的试验与运行水电站坝下冲、淘刷原因分析及处理,第七章 面流及戽流消能,宽河谷低坝消能的发展趋向水电站溢流坝戽流流态的试验研究戽流消能在堡口工程中的应用宽尾墩-面流鼻坎消能工的水力计算初探国内几处低鼻坎消能工的运行情况面流消能工的运行情况及防治措施,第八章 工程运行、原型观测及其他,涔天河筏道的试验研究和原型运行情况洋塘鱼道的布置与运行湖南省几处低水头消能工的破坏及其原因分析江垭水库水力学原型观测蟒塘溪溢流坝宽尾墩-挑流消能坝下游冲刷原型观测张家渡溢流坝下游冲刷原型与模型对照花木桥水电站的导向分层出流尾水管湖南省火电厂冷却水试验研究的特点湘潭火电厂冷却水试验研究的特点,考核作业,1. 简述南水北调中线的输水方式，主要的交叉建筑物形式与水力计算方法2. 简述小浪底水库的泄洪方式及原因？3. 抽水蓄能电站的作用？4. 三峡水利枢纽的泄流消能方式？5. 我国高坝泄流消能的关键水力学问题有哪些？6. 高速水流带来的问题有哪些？如何处理？7. 无压泄洪洞泄流特点及泄流特异性？,
